水蒸气蒸馏与乙醇提取莲藕成分的GC-MS分析

胡西洲， 郑 丹， 彭西甜， 夏 虹， 周有祥， 彭立军， 孙丹陵

(1.湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，湖北武汉 430064； 2.湖北中医药大学检验学院，湖北武汉 430065)

莲藕属睡莲科植物莲(NelumbonuciferaGaertn.)的肥大根茎，为多年水生宿根植物，原产于亚热带多雨地区，在中国已有3 000多年的种植历史，主要分布在黄河、长江、珠江流域。莲藕作为亚洲，特别是中国的一种用途很广的水生经济植物，不仅可以食用，而且有很高的药用价值[1]。《中药大辞典》记载，“藕生用能清热、凉血、散瘀，治热病烦渴；熟用可以健脾、开胃、益血、生肌、止泻”[2]。莲藕中的活性成分有生物碱、膳食纤维、多酚类化合物、挥发油、脂肪酸等。莲藕中的生物碱主要有两类，包括单苄基异喹啉类生物碱(N-甲基衡州乌药碱、去甲衡州乌药碱)和阿朴菲类生物碱(荷叶碱，O-去甲荷叶碱)[3]，生物碱有降血脂、抗自由基、抑制高胆固醇血症和动脉硬化等生理作用。莲藕中还含有大量的膳食纤维，研究表明，经榨汁去淀粉加工后的藕渣部分含有丰富的膳食纤维，其粗纤维含量高达25.1%[4]，是一种很好的纤维素源，膳食纤维有清洁消化壁和增强消化功能，同时可稀释和加速食物中的致癌物质和有毒物质的清除，保护消化道和预防结肠癌。莲藕中的多酚类化合物主要是儿茶酚、没食子酸、D-(+)-儿茶素和L-(-)-表儿茶素等[5-6]，它们分布很不均匀，表皮比内部多，藕节又比表皮多[7-8]，多酚类化合物具有抗氧化、强化血管壁、促进肠胃消化、降低血脂肪、增强身体抵抗力等作用。

莲藕中挥发油的成分种类繁多，主要分为三大类挥发性物质：脂肪族烃类、芳香化合物和萜类，含量较多的是十五碳烷、十七碳烯异构体、十七碳二烯[9]，挥发油具有抗炎、抗过敏、抗突变和抗癌、对中枢神经系统和呼吸系统的调节作用等。莲藕中含有亚油酸等不饱和脂肪酸与棕榈酸等饱和脂肪酸，必需脂肪酸具有降血脂、防治冠心病等作用。除此之外，莲藕还含有丰富的碳水化合物、蛋白质、单宁、脂类等成分[10-18]，有着广阔的开发前景。莲藕成分丰富，功能多样，本试验分别用水蒸气蒸馏法和乙醇提取法对莲藕成分进行提取，将所得结果进行对比分析，以期为莲藕资源的合理利用和持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

莲藕样品于2016年10月采自湖北省武汉市蔡甸区蔡甸街西屋台村三组；乙醇、正己烷、石油醚均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。

7890-5975A型气相色谱-质谱联用仪(简称GC-MS，美国Agilent公司)；LABORTA4010型真空旋转蒸发仪(Heidolph公司)；HH-8 型数显恒温水浴锅(江苏常州国华电器有限公司)；MS3型振荡器(IKA公司)；调温电热套(北京市永光明医疗仪器厂)；ME2002E/02型电子天平(梅特勒-托利多上海有限公司)；SFG-02.500型电热恒温鼓风干燥箱(黄石市恒丰医疗器械有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备 将莲藕洗净晾干后，匀浆，在80 ℃下烘干5 h，再用研钵研磨成粉末供提取使用。

1.2.2 水蒸气蒸馏法 称取10.00 g(精确到0.01 g)莲藕样品粉末，置于1 000 mL圆底烧瓶中，按《中华人民共和国药典》(2010版)附录ⅩD(挥发油测定法)项下甲法操作，提取5 h，得到乳白色具有浓郁香气的液体200 mL，再用石油醚(1 ∶1，体积比)萃取2次，萃取液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，再加入2 mL正己烷充分振荡溶解后供测试用。

1.2.3 乙醇提取法 准确称量10.00 g(精确到0.01 g)莲藕样品粉末，用滤纸包好，放入索氏提取器的提取筒中，取 100 mL 无水乙醇从提取筒中倒入圆底烧瓶中，静置浸泡 0.5 h，装上回流冷凝管，加热回流5 h，抽滤，滤渣重复上述操作处理1次(第2次提取时乙醇用量和浸泡时间减半)，合并所得滤液，使用旋转蒸发仪蒸干溶剂，再加入2 mL正己烷充分振荡溶解后供测试用。

1.2.4 GC-MS分析条件 GC条件中的进样口温度为 230 ℃；温度程序：首先于50 ℃保持5 min，以3 ℃/min的速率升温至125 ℃，保持3 min，然后以2 ℃/min的速率升温至180 ℃，保持3 min，再以15 ℃/min的速率升温至250 ℃，保持8 min。载气为高纯氦气(纯度为99.999%)，柱流量为 1.0 mL/min；不分流进样。

MS条件为电子电离源(EI)；离子化电压为70 eV；离子源温度为200 ℃；四级杆温度为150 ℃；接口温度为280 ℃；质谱扫描范围为35～450 amu。

1.3 定性与定量分析方法

定性：(1)各组分峰与NIST14.L谱库中标准化合物的匹配度；(2)查阅相关组分的文献。定量：依据面积归一法进行定量。

2 结果与分析

在上述GC-MS分析条件下，测得莲藕成分的GC-MS总离子流质谱图见图1、图2。

对GC-MS总离子流图分析得出，水蒸气蒸馏法提取的成分中分离出190个峰，鉴定出了80种化合物，占总量的87.78%(以峰面积计)；从乙醇提取法提取的成分中分离出93个峰，鉴定出了51种化合物，占总量的78.91%(以峰面积计)。由图1、图2可知，2种方法提取的莲藕成分存在一定的差异，具体成分和相对含量分析结果见表1。

表1 水蒸气蒸馏法与乙醇提取法提取莲藕成分的GC-MS分析结果

续表1

序号类别名称化学物质登录号(AS)分子式相对分子量匹配度(%)相对含量(%)水蒸气蒸馏乙醇提取123-氨基巴豆酸甲酯14205-39-1C5H9NO211564—0.0713七氟丁酸十四烷基酯7365-36-8C18H29F7O2410940.02—14甲氧基乙酸-3-十五烷基酯1000282-05-2C18H36O3300800.01—15二十烷基碳酸乙烯酯1000382-54-3C23H44O3368600.02—16十四酸乙酯124-06-1C16H32O2256960.05—17邻苯二甲酸异丁正辛酯1000309-04-5C20H30O433490—0.7018棕榈酸甲酯112-39-0C17H34O2270980.090.0619邻苯二甲酸二丁酯84-74-2C16H22O4278940.380.6320十六酸乙酯628-97-7C18H36O2284970.940.4221五氟丙酸三十二烷基酯1000351-81-4C35H65F5O2613870.100.2622亚油酸乙酯544-35-4C20H36O230899—2.6223十八酸乙酯111-61-5C20H40O231395—1.1824五氟丙酸三十八烷基酯1000351-89-1C41H77F5O2697720.35—25己二酸二(2-乙基己)酯103-23-1C22H42O4371950.401.26262-羟基-1-(羟甲基)棕榈酸乙酯23470-00-0C19H38O433193—6.2227邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯117-81-7C24H38O4391970.43—28反丁烯二酸-2-氯乙基十五烷酯 1000330-62-1C21H37O4Cl389980.11—29酮类苯乙酮98-86-2C8H8O120910.02—302,3-二氢-3,5二羟基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮28564-83-2C6H8O414494—0.55312,6-二(1,1-二甲基乙基)-2,5环己二烯-1,4-二酮719-22-2C14H20O2220980.05—324-甲基二苯甲酮134-84-9C14H12O196900.11—332-羟基环十五酮4727-18-8C18H34O2282950.35—347,9二叔丁基-1-氧杂螺-(4,5)-6,9-癸二烯-2,8-二酮82304-66-3C17H24O3276990.10—35胺类荷叶碱475-83-2C19H21NO229594—0.7336O-去甲荷叶碱3153-55-7C18H19NO228197—2.1137十六碳酰胺629-54-9C16H33NO255951.83—38油酸酰胺301-02-0C18H35NO281999.29—39硬脂酰胺124-26-5C18H37NO283941.62—40反式-11-丙烯酰胺10586-57-9C20H39NO309930.08—41羧酸类壬酸112-05-0C9H18O215872—0.1242月桂酸143-07-7C12H24O2200950.03—43肉豆蔻酸544-63-8C14H28O2228980.560.224414-十五烯酸17351-34-7C15H28O2240950.08—45十五烷酸1002-84-2C15H30O2242930.790.1046棕榈油酸373-49-9C16H30O2254950.270.0947棕榈酸57-10-3C16H32O22569923.2811.3948顺式-10-十七烯酸29743-97-3C17H32O2268970.25—49十七烷酸506-12-7C17H34O2270830.000.1850亚油酸60-33-3C18H32O22809924.428.4751油酸112-80-1C18H34O2282999.298.2852亚麻酸506-21-8C18H32O228097—3.2353硬脂酸57-11-4C18H36O2284991.509.3554十二烯基丁二酸酐19780-11-1C16H26O326694—2.5155烷烃类2,3,4-三甲基癸烷62238-11-3C13H28184720.02—56十二烷112-40-3C12H26170910.04—576-乙基-2-甲基癸烷62108-21-8C13H28184640.02—586-甲基十三烷13287-21-3C14H30198640.02—59壬基环戊烷2882-98-6C14H28196930.04—60环癸烷293-96-9C10H20140930.04—61正十五烷629-62-9C15H32212960.030.14

续表1

序号类别名称化学物质登录号(AS)分子式相对分子量匹配度(%)相对含量(%)水蒸气蒸馏乙醇提取62四十四烷7098-22-8C44H90619860.02—631-碘十三烷35599-77-0C13H27I310800.19—64正三十一烷630-04-6C31H64437860.02—65正十六烷544-76-3C16H34226980.250.34661,2-环氧十八烷7390-81-0C18H36O268740.01—67十一烷基环戊烷6785-23-5C16H32224990.11—68正十四烷629-59-4C14H30198830.09—69正十七烷629-78-7C17H36240960.100.12701-碘三十二烷1000406-32-4C32H65I576800.01—71正十八烷593-45-3C18H38254980.160.0972环十四烷295-17-0C14H2819693—0.0573环十六烷295-65-8C16H32224980.07—74正十九烷629-92-5C19H4026991—0.0775正二十烷112-95-8C20H42283980.170.12765,5-二乙基十五烷1000360-41-7C19H40269900.18—77正十九烷629-92-5C19H40269950.07—78癸基环戊烷1795-21-7C15H30210960.43—791,54-二溴五十四烷1000156-09-4C54H108Br2917931.52—80正二十一烷629-94-7C21H44297971.120.31811,7,11-三甲基-4-(1-甲基乙基)十四烷1786-12-5C20H4028195—0.0282氯代十八烷3386-33-2C18H37Cl28991—1.06832,6,10,14-四甲基十八烷54964-82-8C22H46311930.46—84二十二烷629-97-0C22H46311860.45—85正二十三烷638-67-5C23H48325951.343.3086二十八烷630-02-4C28H58395950.102.0687二十五烷629-99-2C25H52353950.020.9788正二十四烷646-31-1C24H50339960.420.568917α(H)-降藿烷53584-60-4C29H50399910.21—90正二十六烷630-01-3C26H54367960.160.52913-甲基二十六烷65820-56-6C29H60409760.07—92烯烃类E-5-十八烯7206-21-5C18H36252660.04—931-十九碳烯18435-45-5C19H38267900.01—94十八烯112-88-9C18H36252980.050.2795(Z)-三十五碳-17-烯6971-40-0C35H7049192—0.10961-二十二烯1599-67-3C22H44309950.51—97角鲨烯7683-64-9C30H5041195—4.0598顺式-9-二十三烯27519-02-4C23H4632398—1.25994,4-二甲基-6,22,24-胆甾三烯1000128-66-9C29H46394900.96—1001-二十四烯10192-32-2C24H48337900.09—101杂环类1-甲基尿嘧啶615-77-0C5H6N2O212664—0.111024-氨基-吡唑并(3,4-D氧基)嘧啶2380-63-4C6H7N5O165720.17—1032-巯基苯并噻唑149-30-4C7H5NS216797—0.59104酚类2,4-二叔丁基苯酚96-76-4C14H22O206960.080.18105醚类二乙二醇丁醚112-34-5C8H18O3162800.02—合计87.7878.91

注：“—”表示未检出。

由表1可知，水蒸气蒸馏法共鉴定出了80种物质，含量最高的前5位分别是亚油酸(24.42%)、棕榈酸(23.28%)、油酸酰胺(9.29%)、油酸(9.29%)、十六碳酰胺(1.83%)(以峰面积计)，亚油酸具有降低血脂、软化血管、降低血压、促进微循环的作用。乙醇提取法共鉴定出了51种物质，含量最高的前5位分别是棕榈酸(11.39%)、硬脂酸(9.35%)、亚油酸(8.47%)、油酸(8.28%)、2-羟基-1-(羟甲基)棕榈酸乙酯(6.22%)(以峰面积计)，天然油酸对软化血管有一定效用。表1还不能很直观地比较2种方法提取莲藕成分的差异，因此分别对2种方法提取的莲藕成分的种类及相对含量进行统计，以便分析比较。

由表2可以看出，莲藕中的成分十分复杂，且2种方法提取的成分相对含量相差较大，水蒸气蒸馏法提取的成分包括醛类(0.82%)、醇类(0.25%)、酯类(2.90%)、酮类(0.63%)、胺类(12.82%)、羧酸类(60.47%)、烷烃类(7.96%)、烯烃类(1.66%)、杂环类(0.17%)、酚类(0.08%)、醚类(0.02%)等化合物。乙醇提取法提取的成分包括醛类(0.74%)、醇类(0.05%)、酯类(14.51%)、酮类(0.55%)、胺类(2.84%)、羧酸类(43.94%)、烷烃类(9.73%)、烯烃类(5.67%)、杂环类(0.70%)、酚类(0.18%)等化合物。2种方法都是羧酸类占主导作用，但是提取的含量却相差较大，而且2种方法提取的其他成分也有不同，比如胺类和酯类，说明2种方法在提取莲藕中成分时存在较大的差异。

表2 莲藕中化学成分的种类及其相对含量

3 讨论与结论

本试验分别采用水蒸气蒸馏法和乙醇提取法提取莲藕中的化学成分并进行研究，共得到包括羧酸类、酯类、烃类等11大类的105种化学组分，含有大量的营养素和生物活性成分，2种方法提取的莲藕成分存在一定差异，水蒸气蒸馏法提取的主要是羧酸类和胺类，乙醇提取法提取的主要是羧酸类和酯类。而且2种方法提取的羧酸类化合物也有差异，水蒸气蒸馏法提取的羧酸中包含不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸，而乙醇提取法提取的羧酸中主要是饱和脂肪酸。所以在进行莲藕成分提取时，要根据所需物质及当时的条件选择合适的方法进行试验。

此外莲藕中含有大量的营养素和生物活性成分，例如亚油酸等必需脂肪酸，不仅为必需营养，而且与儿童生长发育和成长健康有关，更有降血脂、防治冠心病等治疗作用，且与智力发育、记忆等生理功能有一定关系；荷叶碱、O-去甲荷叶碱等胺类化合物具有降血脂、抗自由基、抑制高胆固醇血症和动脉硬化等生理作用；角鲨烯具有调节机体功能的抗氧化成分。但大量的莲藕加工下脚料(如藕节、藕皮)和通心莲加工下脚料(如外种皮、莲心)等通常作为废弃物处理，既浪费资源，又不环保[3]，本试验对莲藕成分的研究也为莲藕功能性食品的研发提供了理论依据。